淺談在初中物理課堂教學(xué)中仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

摘?要：物理學(xué)科是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在物理課堂中實(shí)驗(yàn)扮演著十分重要的角色，但是在物理教學(xué)中有些實(shí)驗(yàn)在課堂上沒有辦法完成，或是有些學(xué)校由于實(shí)驗(yàn)室的不足，沒有辦法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，或是課堂上的演示實(shí)驗(yàn)對于課堂教學(xué)中學(xué)生的吸引力不強(qiáng)，沒有辦法引起學(xué)生的興趣。而近幾年隨著教育理念的更新，在教學(xué)過程中十分注重信息技術(shù)與課程的整合，新的物理課程標(biāo)準(zhǔn)重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)中，因此將信息技術(shù)引入物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中勢在必行，加入了“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”的課堂無論其直觀性，還是趣味性都相較以前的傳統(tǒng)課堂有了更多的變化，既加強(qiáng)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解，又為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革提供了契機(jī)。本文將從幾個(gè)實(shí)際教學(xué)案例中淺談仿真實(shí)驗(yàn)在初中物理幾種教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn);現(xiàn)象教學(xué);規(guī)律教學(xué);驗(yàn)證教學(xué);復(fù)習(xí)教學(xué)

仿真實(shí)驗(yàn)方法是近年來伴隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型的實(shí)驗(yàn)方法。它是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合的產(chǎn)物。物理仿真實(shí)驗(yàn)方法是指從基本的物理定律出發(fā)，用離散化變量描述物理體系的狀態(tài)，然后利用計(jì)算機(jī)計(jì)算這些離散變量在基本物理定律制約下的演變，從而體現(xiàn)物理過程的規(guī)律和方法。雖說仿真實(shí)驗(yàn)無法完全替代動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，不過基于仿真實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)操作性、過程可控等諸多特性，仿真實(shí)驗(yàn)法是物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有力補(bǔ)充。實(shí)踐證明，利用仿真實(shí)驗(yàn)可以極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣以及實(shí)驗(yàn)操作能力?？梢允钩橄蟮膬?nèi)容形象化，突破教學(xué)難點(diǎn)，有助于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的深化理解?？梢钥朔捎趯?shí)驗(yàn)條件限制而無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)成為可能。仿真實(shí)驗(yàn)不僅為學(xué)生提供了新的學(xué)習(xí)方式，而且也為初中物理的教學(xué)方式提供了新的參考?；诖?，本文就仿真實(shí)驗(yàn)在初中物理現(xiàn)象教學(xué)、規(guī)律教學(xué)以及理驗(yàn)證教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

一、 仿真實(shí)驗(yàn)在物理現(xiàn)象教學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)象教學(xué)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用得非常的廣，在平時(shí)的新課教學(xué)中演示現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)占據(jù)非常大的一部分比例，而往往演示現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)后就需要學(xué)生自己學(xué)會(huì)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來總結(jié)規(guī)律或是了解工作原理，這就需要老師所做的現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)要可以讓學(xué)生看的更清楚，過程要能夠讓學(xué)生觀察得更細(xì)致。實(shí)際上現(xiàn)在的學(xué)校大部分班級的學(xué)生數(shù)都在五十左右，在這么多的學(xué)生面前演示實(shí)驗(yàn)可能就只有一部分學(xué)生看的清楚，很大一部分學(xué)生因?yàn)榭床磺宥艞夁@節(jié)課。而仿真實(shí)驗(yàn)利用多媒體，融入信息技術(shù)，可以通過大屏幕讓班級在座的每位學(xué)生清楚地看到實(shí)驗(yàn)過程，這樣就能更直觀地讓學(xué)生了解物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力。

以“熱機(jī)”教學(xué)為例，在這堂課的教學(xué)中很多學(xué)校往往能提供的僅僅是一張舊的掛圖和一臺已經(jīng)很多功能都失去的內(nèi)燃機(jī)。那么在研究“熱機(jī)”時(shí)，教師可以在課堂上引入仿真實(shí)驗(yàn)。在該仿真實(shí)驗(yàn)中教師可以用鼠標(biāo)依次點(diǎn)出內(nèi)燃機(jī)各個(gè)部位，讓學(xué)生回答名稱，從而有利于學(xué)生記憶對應(yīng)的零器件的名稱，然后可以對內(nèi)燃機(jī)的工作原理進(jìn)行分步演示，邊演示邊強(qiáng)調(diào)“大家注意看，現(xiàn)在閥門是打開還是閉合，活塞運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)的距離”，從而可以讓學(xué)生有目的性的去觀察實(shí)驗(yàn)。再在仿真實(shí)驗(yàn)中各個(gè)沖程中逐一強(qiáng)調(diào)各個(gè)工作過程中內(nèi)燃機(jī)的工作特點(diǎn)，達(dá)到在實(shí)驗(yàn)過程中能夠‘暫停引起學(xué)生對各個(gè)過程中的要點(diǎn)的重視。最后在點(diǎn)擊連續(xù)工作，讓學(xué)生對整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的工作原理有個(gè)整體的認(rèn)知。這樣學(xué)生可以通過多媒體上演示的仿真實(shí)驗(yàn)非常形象直觀地觀察到內(nèi)燃機(jī)的工作原理，并能夠很好地掌握各個(gè)工作過程的特點(diǎn)。現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中非常的普遍，而通過仿真實(shí)驗(yàn)把一些不好在工作過程暫停的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)是物理教學(xué)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它讓老師有時(shí)間加以引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并逐一回答，其次在仿真實(shí)驗(yàn)中教師可以讓學(xué)生先回答接下來要怎么操作，然后老師再利用仿真實(shí)驗(yàn)來模擬，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。讓學(xué)生充分融入班級的教學(xué)互動(dòng)中來，真正體現(xiàn)教師與學(xué)生都充分的融合到課堂上，防止教師滿堂灌，最后老師說的興高采烈，而學(xué)生卻是云里霧里，對知識點(diǎn)只能是連蒙帶猜。

二、 仿真實(shí)驗(yàn)在物理規(guī)律教學(xué)中的應(yīng)用

尋找規(guī)律的實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中非常重要的一種，它是一種非常有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)形式，在初中階段學(xué)生找規(guī)律的實(shí)驗(yàn)一般采用以下兩種教學(xué)方式：一是學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來對某一問題進(jìn)行探究;二是學(xué)生根據(jù)在已經(jīng)提出問題，確定實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這類的實(shí)驗(yàn)學(xué)生往往手忙腳亂，實(shí)驗(yàn)做完了，但是實(shí)驗(yàn)中要總結(jié)規(guī)律、需要觀察哪些現(xiàn)象卻忘得一干二凈。在這類實(shí)驗(yàn)中，仿真實(shí)驗(yàn)就可以很好的輔助學(xué)生總結(jié)規(guī)律。

以凸透鏡成像教學(xué)為例，如果沒有仿真實(shí)驗(yàn)，那么純粹就是老師在演示，或是學(xué)生自己動(dòng)手在光具座上來來回回的移動(dòng)，可能絕大部分的學(xué)生都是在照搬老師要求的實(shí)驗(yàn)操作步驟，至于為什么要這樣做，都是一知半解，等到實(shí)驗(yàn)結(jié)束后老師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)規(guī)律，或是讓學(xué)生自己總結(jié)規(guī)律可能很多學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)中看到的現(xiàn)象已經(jīng)忘了一大部分了。所以在本節(jié)課的教學(xué)中通過仿真實(shí)驗(yàn)一一再現(xiàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，并在再現(xiàn)過程中，教師可以先故意讓凸透鏡中心，蠟燭中心，光屏的中心沒有位于同一水平線上，讓學(xué)生觀察像的位置，引導(dǎo)學(xué)生回答，然后調(diào)節(jié)三心等高后再觀察現(xiàn)象。比較兩次的成像位置不同得知為了使成像在光屏的中心必須調(diào)節(jié)三心等高。然后再多次調(diào)節(jié)蠟燭與凸透鏡的距離，每調(diào)節(jié)一次都可以提問“現(xiàn)在蠟燭離凸透鏡的距離是在什么范圍，等下光屏應(yīng)該向哪里移動(dòng)呢。”然后可以根據(jù)學(xué)生回答的來改變光屏的位置得到最清晰、最小的像，從而得出凸透鏡的成像規(guī)律，并通過仿真實(shí)驗(yàn)再演示關(guān)于蠟燭和光屏移動(dòng)方向的分析，可以融入照相機(jī)調(diào)焦這一難點(diǎn)的教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)的突破。所以仿真實(shí)驗(yàn)在這里就可以讓學(xué)生有足夠多的時(shí)間和注意力去找尋凸透鏡的成像規(guī)律。再加上這個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生的實(shí)際操作之后才使用的，就可以讓學(xué)生更清楚的體會(huì)眼見為實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程。讓學(xué)生邊看仿真實(shí)驗(yàn)，邊總結(jié)出規(guī)律，這樣在總結(jié)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中可以讓學(xué)生更清楚明白本節(jié)所學(xué)的內(nèi)容。

三、 仿真實(shí)驗(yàn)在物理驗(yàn)證教學(xué)中的應(yīng)用

在初中物理的實(shí)驗(yàn)中，很多都是為了對于物理量進(jìn)行定量的測量。在此類的教學(xué)中，仿真實(shí)驗(yàn)就占據(jù)了很大的份額。比如仿真實(shí)驗(yàn)在電學(xué)的教學(xué)中可以對某些物理量之間的關(guān)系進(jìn)行定量的測量，或是對某些物理關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)在驗(yàn)證教學(xué)中起著非常重要的作用。

以“并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)”的教學(xué)為例，學(xué)生只有先對并聯(lián)電路的干路和支路的電流特點(diǎn)進(jìn)行假設(shè)，在如圖所示的電路中利用仿真實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生明白a點(diǎn)位于支路上，b點(diǎn)也位于支路上，讓學(xué)生猜想，通過a，b，c各點(diǎn)的電流有什么關(guān)系，這是探究并聯(lián)電路中電流關(guān)系的重要內(nèi)容，學(xué)生可以通過猜想在仿真實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行驗(yàn)證是否正確，這種最常用的驗(yàn)證性教學(xué)在初中物理的教學(xué)中尤為常見。學(xué)生以仿真實(shí)驗(yàn)為工具，可以盡情地猜想，只要利用仿真實(shí)驗(yàn)把實(shí)驗(yàn)電路連接好，就可以很容易地得出a點(diǎn)的電流，b點(diǎn)的電流和c點(diǎn)的電流，然后再利用仿真實(shí)驗(yàn)中自帶的表格可以把數(shù)據(jù)一一填入表格中，從而總結(jié)歸納出并聯(lián)電路的干路和支路的電流關(guān)系。然后再來安排第二課時(shí)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室真正自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)來探究并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)，效果就會(huì)比不使用仿真實(shí)驗(yàn)好很多。

孔子說“知之者不如好之者，好之者不如樂知者。”樂業(yè)，趣也。一節(jié)沒有學(xué)生積極參與互動(dòng)的課堂是一節(jié)極其失敗的課堂，作為一名一線教師應(yīng)該多關(guān)注科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，盡可能地利用一切資源引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。初中生這么一個(gè)團(tuán)體，由于年齡的限制，他們還處于懵懵懂懂的年紀(jì)，對于他們來說，感性認(rèn)知比理性認(rèn)知占據(jù)更重要的地位。所以老師跟他說，“這節(jié)很重要你要認(rèn)真聽”，并不能引起學(xué)生對物理知識的渴望，倒不如想想辦法，如何把對學(xué)生說的“這個(gè)知識很重要”變?yōu)椤拔覀円黄饋硗嬉粋€(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)”。初中物理作為一門要倚仗實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的地位可想而知，但是有些學(xué)校由于器材短缺，或是器材破舊導(dǎo)致沒有辦法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，或是實(shí)驗(yàn)效果不明顯，或是一些實(shí)驗(yàn)根本沒有辦法在課堂上演示，或是沒有辦法很好地引起學(xué)生的興趣?？傊芏鄠鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能完全適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，所以借助仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫貜浹a(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足。因此仿真實(shí)驗(yàn)在初中物理的教學(xué)中起著非常重要的作用，對于提高課堂教學(xué)的有效性也有著至關(guān)重要的意義。

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作者簡介：

黃妙紅，福建省漳州市，福建省漳州市第三中學(xué)。